钻孔的有效影响半径与布孔

钻头的有效影响半径和布孔先进的排放(放压)钻头一般孔径为0.3m以下，因此放压的影响半径一般不大，小于排放气体的有效影响半径。 在钻头形成的放压范围内，应力下降使煤体膨胀变形，通气性也增加，必然容易排除一部分煤体的气体。 但是，在没有放压的煤体中，煤体的通气性小，同样也可以排除一部分煤体的气体，因此，钻孔气体的有效放出半径一般比放压的有效影响半径大。钻井应力释压有效影响半径，目前尚无现场可行的测量方法。 根据淮南矿业(集团)有限责任公司与煤科研院重庆分院联合提出的淮南矿区突出煤层消除突出危险综合治理技术研究报告，仅对卸压钻井卸压范围进行了理论探讨和计算，淮南C13煤层塑性破坏区(卸压区)直径就是钻井直径的3.26倍。 根据报告，能够在钻头周围的塑性变形区域内消除突出，能够成为钻头溢流的有效影响半径先行钻头的有效影响半径是指通过从钻头排出气体，能够进一步消除时间内钻头周围煤和气体突出的范围。 钻头的有效影响半径可以通过钻头拔出前、后测定的煤层中的气体压力、钻头气体喷出初速度(q )和K1等指标的变化趋势、或突出时的临界指标值来判断。 突出矿山一般不同直径的钻孔排放对半径测量有效影响，必须得到适用于本矿的数据。 影响半径是指钻头周围可受到的影响范围，其数值远大于钻头的有效影响半径。煤巷掘进防治措施先进排放钻井一、概要现在使用的先行钻孔的直径多为42120mm，超过120mm的钻头容易引起突出，但不怎么使用。 仅在特殊的扩孔方法例如水力冲孔、水力扩孔的情况下使用。 从理论和实践的过程可以认为，大直径钻头的排放气体和放压范围比小开孔要好得多，但问题是突出的概率也一直很高，由于42 (包括42 )以上的各种钻头从目前掌握的资料中突出过多，如果没有安全对策，钻头是很危险的。 还要注意，对策实施后，必须进行对策效果检查，只有对策检查有效的后方才能以安全对策施工。先进的排放钻孔是矿山最常用的防治突出措施，不仅用于各种煤巷，还用于石门暴露煤层和采煤工作面。 其良好的防治突出效果是公认的。 但是，在大直径先行钻头周围配置钻头和扩孔时也会出现突出现象，人们非常困惑，因此对先行钻头的突出防止效果提出疑问，先行钻头不能适用于一部分突出煤层吗？ 为了弄清这个问题，首先需要了解钻头的影响半径和有效影响半径的关系。 先进的钻井防止煤与瓦斯突出，一般认为有两个作用：在煤层开孔后，接近孔壁周围的煤体，在地势的影响下会发生弹性恢复变形(膨胀变形)，在孔壁周围的煤体上形成一定范围的放压区域，这就是通称的开孔放压作用。 该区的范围较小，孔壁附近的应力状态平衡稳定时，该放压范围不会进一步扩大，因此可以认为应力形成的先行钻头影响半径(放压区的范围)与时间没有明显的关系。 二是废气作用的影响半径和有效影响半径。 钻头的排放有效地影响半径和影响半径。 一般认为，随着钻头孔径的增大，随着排放时间的增长，钻头孔径也会增大，看起来有规律。 但是，理论和实践证明需要修正这些观点，即它们之间不是直线关系，而是二次曲线关系。 换句话说，在一个区间中，钻头的影响半径(钻头的有效影响半径)随着钻头直径的增大或排放时间的增加而呈线性关系，如果超出该区间，则呈非线性关系，随着钻头直径的增大或排放时间的增加而呈二次曲线性例如，红卫煤矿调查煤道周边气体压力分布(巷道可视为大直径排放钻孔)。红卫煤矿巷道周边煤层气压力分布图煤壁附近煤层的气压与排放时间有关，露出时间越短，煤壁附近的气压越高，排放(或露出)时间越长，排放的影响半径也越大，但没有直线关系，一定时间内达到平衡状态。 例如，在图4-12-2-2中，排放50个月后，距煤壁4m气压为0.4Mpa，距煤壁的距离2m仅为4天，煤层气压也同样为0.4Mpa。 也就是说，经过近4年的排放，排放半径稍微扩大了2m。 随着排放时间的延长，排放对半径扩大速度的影响非常慢。 钻头的排放半径与煤层透气性有关。 突出煤层透气性系数一般较低，尾气困难，易形成高气压梯度，引起煤与瓦斯突出。 通过现场实践证明了这种观点。 红卫煤矿煤层透气性系数约为0.m2/Mpa2*d。 煤和瓦斯突出的矿山。 但抚顺龙凤矿煤层透气系数极好，透气系数为140151m2/Mpa2*d，比红卫矿透气性大约3万倍，其钻头排放影响范围也比红卫大，显着。 但影响煤层透气性和半径的关系也不成比例关系。 龙凤矿煤层气压力排放时间的变化如图所示龙凤矿煤层气压力随排放时间的变化图由图可知，钻头排放影响范围也有极大值，龙凤矿的最大排放影响半径为230m，比红卫的最大排放影响半径(4m )大57.5倍。 从有效影响半径来看，红卫突出时的临界压力值为0.4Mpa，其最大排放有效影响半径为4m，龙凤矿突出时的临界压力值为0.74 Mpa，经过8个月的吸引，其最大吸引有效影响半径为130m，考虑吸引的影响，推定的龙凤矿钻头的最大排气有效影响半径因此，龙凤矿在工作前不会产生高气压梯度，煤气突出现象在该矿应该极少或不多。 事实上也是如此。上述分析表明，钻头、巷道排放半径和有效影响半径的大小与煤层透气性有关。 一般突出的煤层透气性小于10m2/Mpa2*d，是难以提取的煤层。 其钻头排放的有效影响范围不大。 钻头的排放有效影响半径一般是实测的，但各突出矿山的实测结果之差并不大，孔径为0.3m以下时，约为钻头直径的45倍，以松藻矿局为例，表示各直径的排放有效影响半径的实测结果松藻煤电有限责任公司部分矿山钻井排放有效影响半径调查结果表说明：松藻矿煤层透气性为0.013m2/Mpa2*d .红卫煤矿，煤层透气性系数应该说是. m2/Mpa2*d .松藻比红卫大，但差别不大。 由上表可知，随着钻头直径的增加，钻头排放的有效影响半径不仅不能提高直线比例不增加的防突出效果，而且还能提高钻头时的安全性。 我们数学处理上述数据，发现钻孔直径与有效影响半径不成直线比例。 假设排放的有效影响范围从钻孔壁开始，排放的影响范围有限，可以将表格化得到经验公式。松藻矿局钻井排放有效影响半径与钻井直径的关系被采用的经验公式的类型是a=2.9，b=1.66式中：r-钻头直径，m；R-有效影响半径(从钻孔壁计算)，ma、b为常数钻孔排放对半径各矿的实测值影响很大，追究其原因，除煤层透气性因素的影响外，测量与操作方法的差异也是主要影响因素之一。 因此，各矿钻孔排放有效影响半径应以实测为主。 以全国部分矿山的实测数据为图全国部分矿井钻井排放的有效影响图突出事例在生产实践中，也有钻头的有效影响半径不是随钻头直径的增大而增大，而是随着排放时间的延长而无限扩大的事例。 用松藻的两次大直径钻头强调说明这个问题。事例1情况介绍1998年8月21日松藻矿局在二矿N2702E回风立眼8#煤层开设直径42mm的先进排放钻孔时，发生煤与瓦斯突出事故。 突出煤346t、气33530m3。 这里埋有深度295525m、煤层倾斜角510度、煤层厚度01.4m、平均0.8m。 气体压力3.25Mpa，气体含量34m3/t。 该回风立眼于1996年7月在顶棚挖掘机施工，直径1m，长54m。 根据生产需求，1998年(钻头2年后)决定将立眼直径增大到2m。 从8月4日开始从下往上刷。 8月11日从8#煤层底板刷到1.5m处停止。 由于从下向上突出8#的煤层很难在吊盘内施工各种防突钻，因此改为从上向下大幅刷子。 8月20日进入8#煤层的时候没有引人注目，但煤松了，崩塌了。 8月21日夜勤，立眼周边的8#煤层内预测8个直径42mm、深度4m的孔，参照图。 其中，在1#、7#、8#3个孔2m后喷孔(喷出距离为0.3-1m，此时距大径的穿孔壁2m，距穿孔中心2.5m )中，测定K1值为0.74-0.76，s值为5.4-6.8Kg/m . 因此，本工作面被判断为危险的工作面。 8月21日晨班在超标场所配置17个直径为42mm的排放钻头，其中13个孔为2m，4个孔为4m，中班，施工人员在深2m钻头加深至4m、42mm钻头加深过程中发生煤气突出。 详情请参阅预测、排出孔竣工图、事故现场的示意图、强调空洞的图。预测排出孔竣工图事故现场的印象突出孔图强调事故技术分析2 .技术分析预测指标表明，孔深4m处的测量K1值为0.74-0.76，(K1值0.74-0.76全部用灰分水分修正后的K1=0.9375 )，煤层的坚固性系数为f=0.2，采用经验公式计算K1=APminB式中： Pmin-煤层突出时所需最小气体压力、Mpa；a、B-系数一般由实验室的实验得到，也可以通过下式决定A=3.352e-2.953fB=1.1736e-0.864ff煤的最小坚固性系数代入f=0.2A=1.857，B=0.987将K1的值0.9375的平均值代入上式，p为0.5226Mpa，煤层中的气体压力超过了以f=0.2计算的最小突出压力0.44 Mpa。从实测的K1指标判断，距钻井中心2.5m处，已经证实煤气突出是危险地区。 也就是说，1m大直径钻头的有效影响半径在2年的排放后不到2.5m (从钻头中心开始计算)。另外，使用钻头直径和有效排放半径的经验式计算的有效影响范围R=1.785m .距钻头中心2.2325 m .以上时，进入突出危险区域。 由上述两种计算方法得出的结论一致，即1m大直径排放钻头经过长时间排放，其有效排放半径不大约1.7m左右(从钻壁计算)，该红卫矿巷道煤层气压力分布规律类似。 也就是说，排放半径在短时间内随时间的延长而增大，时间的延长，发展缓慢。以上分析表明，在大直径孔附近的高气体地带，因为开小直径孔时没有足够的安全屏障(5m以上)，另外，因为开排孔一次也不能到达，所以在开孔时对高气体地区施加人为的干扰，在没有安全屏障的保护下，诱发煤和气的突出。情况2情况介绍2004年4月14日在壕沟煤矿E1625机巷采煤的立井钻机扩孔至43.5米，进入8#煤层2.5米时，发生煤与瓦斯突出事故。 突出煤粉堆积长40米，喷气约1.8万m3，突出煤量约170吨。机巷落石立眼施工前，于2004年2月27日3月22日在立眼口南二带巷开设13个预备孔，控制在1200mm的立眼周壁5.0米的范围内，预测其中7个孔，采样测量8#煤层K1的值最大为0.478 (孔长44m有效，K1的机巷煤立眼自上而下穿过250mm导孔和南二带道，孔深61米。 施工导流洞通过8#煤层时，无喷煤、瓦斯涌出、钻孔等异常现象。开导孔后，用1200mm的刀盘从下向上扩展，直到43.5米扩孔时已进入8#煤层2.5米时，发生了煤和瓦斯突出事故。技术分析该区域位于羊叉滩背斜轴附近，地应力集中，煤层透气系数低。 而且，穿孔前的穿孔在立眼周边外仅为5米，预备时间为1.5个月，预备时间短，因此排出效果差，突出时穿孔直径为0.25m时，影响范围计算为R=0.84m，用大钻头进行扩孔，一次扩大为1。 2m，没有足够的排放时，钻头直接进入高瓦斯地区(钻头半径为0.6m，0.25m的排放钻头有效影响范围的计算值以0.84钻头中心计算为0.965 m，与钻头切削半径有0.36m的差，在没有安全屏障的条件下，1.2m钻头在钻头切断时产生剧烈振动壕沟煤矿E1625机巷煤立眼突出状况图钻头影响半径的规则1 .钻头的影响半径不会因排放时间的延长而扩大影响范围。 一般有限值，与煤层透气性有关，易抽煤层达220m，透气性小突出煤层非常小，排放了解50个月煤壁巷道排放的有效影响范围仅为4 m (红卫煤矿在此情况下，4 m的气压已具有突出危险)。二。 钻头孔径的扩大，其影响范围也没有限制地扩大，1 m以上的大直径钻头的最大影响范围为距孔壁34m。 因此，在扩孔大直径钻头、扩孔煤层时，将钻头逐步扩大至所需直径。 或者，在大直径钻头的影响范围外的5m范围内，根据使用排出钻头的有效影响半径，配置钻头，形成安全的挡板后，打大直径钻头，防止打大直径钻头时引起的突出事故。三。 气体有效影响半径大于应力有效影响半径。超前钻孔有效影响半径(范围)的测量方法先测量大直径排放钻头的有效影响半径，通常采用以下方法(1)气体压力